Tesi di Dottorato di ricerca in Sistemi energetici ed Ambiente XII ciclo - triennio Metodologie di caratterizzazione degli spray Diesel

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Angelo Pagani
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1 Tesi di Dottorato di ricerca in Sistemi energetici ed Ambiente XII ciclo - triennio Università degli Studi di Lecce Metodologie di caratterizzazione degli spray Diesel Coordinatore: prof. Saverio MONGELLI Relatore: prof. Domenico LAFORGIA Dottorando: ing. Giuseppe STARACE 1

di caratterizzazione degli spray Diesel Coordinatore: prof.

2 CARATTERIZZAZIONE SPRAY DIESEL Individuazione delle caratteristiche salienti Monitoraggio delle difettosità Correlazione dei fenomeni alle condizioni di alimentazione Cause ed azioni correttive 2

delle difettosità Correlazione dei fenomeni alle

3 INDAGINI SPERIMENTALI Caratterizzazione idraulica Flussaggio del polverizzatore Impostazione dei tempi di eccitazione del magnete di comando Indagine sulla quantità iniettata foro per foro. 3

4 INDAGINI SPERIMENTALI Caratterizzazione fotografica Singolo foro e tutti i fori Tecnica della Backlight Photography Animazione della sequenza di fotogrammi

5 INDAGINI SPERIMENTALI Caratterizzazione granulometrica Laser Diffraction Tecnique (MALVERN Series 2600) PDPA Analysis (Aerometrics DSA 4000)

$Laser Diffraction Tecnique$

6 INDAGINI SPERIMENTALI Caratterizzazione velocimetrica Laser Doppler Velocimetry (Aerometrics DSA 4000)

7 ELETTROINIETTORI MULTIFORO 5 fori simmetrico 6 fori simmetrico Set di 9 iniettori 5 fori simmetrici INIETTORE MECCANICO SINGOLO FORO FIAT CROMA 1930 cm³

8 CONDIZIONI DI PROVA Elevate pressioni di alimentazione e grandi quantità iniettate 40 mm³/shot 60 mm³/shot 120 MPa 135 MPa 25 mm³/shot 90 MPa 10 mm³/shot 4 mm³/shot Basse pressioni di alimentazione e piccole quantità iniettate 60 MPa 30 MPa 2 mm³/shot 25 MPa

mm³/shot 90 MPa 10 mm³/shot 4 mm³/shot Basse pressioni di

9 Portata Caratterizzazione idraulica - I tempi dell iniezione Corrente di eccitazione Legge di iniezione Pressione T.R.I.I E.T. T.A.S. T.R.F.I E.T. E.T. = Tempo di eccitazione T.A.S. = Tempo di alzata spillo T.R.I.I. = Ritardo di inizio iniezione T.R.F.I. = Ritardo di fine iniezione Flussaggio PERMEABILITA POLV. Banco BOSCH 615A Quantità iniettate Banco Hartridge proprietà Singola iniezione, statistiche e ripetitività

R.I.I. = Ritardo di inizio iniezione T.R.F.I. = Ritardo di fine iniezione Flussaggio PERMEABILITA POLV.

10 [µs] Caratterizzazione idraulica - I tempi dell iniezione T.R.I.I E.T. [µs] P = 135 [MPa] P = 120 [MPa] P = 90 [MPa] P = 60 [MPa] P = 30 [MPa] P = 25 [MPa]

11 [mm³/shot] Indagine sulla quantità iniettata foro per foro QUANTITA' INIETTATE PER SINGOLO FORO HOLE no.1 HOLE no.2 HOLE no.3 HOLE no.4 HOLE no.5 HOLE no P=135;Q=60 P=120;Q=40 P=120;Q=25 P=120;Q=10 P=90;Q=40 P=90;Q=25 P=90;Q=10 P=60;Q=40 P=60;Q=25 P=60;Q=10 P=30;Q=25 P=30;Q=10 P=30;Q=4 P=25;Q=2 11

12 12 La strumentazione - La camera di iniezione

13 Il setup di acquisizione FLASH MALVERN Transmitter CPU ECU RIT MALVERN Receiver CPU CAMERA 13

14 Caratterizzazione fotografica e video Sequenze fotografiche e video Singolo foro e Tutti i fori Proprietà macroscopiche - Penetrazione - Angolo di uscita - Diametro di uscita - Inclinazione 14

15 Caratterizzazione fotografica e video Sequenza fotografica per singolo foro Delay = 300 [µs] 400 [µs] 450 [µs] 600 [µs] 900 [µs] 1050 [µs] 1150 [µs] 1250 [µs] Pressione di alimentazione = 120 [MPa], Quantità iniettata = 25 [mm³/shot] 15

[µs] 900 [µs] 1050 [µs] 1150 [µs] 1250 [µs] Pressione di

16 SMD [µm] Caratterizzazione granulometrica Laser Diffraction Tecnique (MALVERN) HOLES COMPARISON P = 1200 [bar] Q = 25 [mm³/shot] 4 Axial Position 24 [mm] Posizione radiale [mm]

17 Caratterizzazione granulometrica Laser Diffraction Tecnique (MALVERN) SMD [µm] 8 6 P=60;Q=25;Ax=36;R=-8 P=90;Q=40;Ax=36;R=-2 P=90;Q=40;Ax=36;R= Ritardo [µs]

18 Le cause delle differenze tra i fori Caratteristiche geometriche Asimmetrie dovute alle condizioni di carico Qualità delle lavorazioni 18

19 Base dati 9 polverizzatori: 3 Minisac 3 Microsac 3 Sacless

20 Base dati 9 polverizzatori: 3 Minisac 3 Microsac 3 Sacless 5 valori di coppia di serraggio 2 kgm 4 kgm 6 kgm 8 kgm 10 kgm

21 Base dati 1 9 polverizzatori: 3 Minisac 3 Microsac 3 Sacless 5 valori di coppia di serraggio Indagine metrologica dei fori e delle sedi di guida della spina

Polverizzatore SACLESS UNI 380 249 - k=1,5-220 cc/30 1 2 3 4 5 [mm] [mm] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Foro 1 Foro 2 Foro 3 Foro 4 Foro 5 100 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 90 80 70 60

22 Polverizzatore SACLESS UNI k=1,5-220 cc/ [mm] [mm] Foro 1 Foro 2 Foro 3 Foro 4 Foro Penetrazione Q=9[mm 3 ] p=40 [MPa] ET1=200 [µs] ET2=500 [µs] Q=34[mm 3 ] p=140 [MPa] ET=800 [µs] Foro 1 Foro 2 Foro 3 Foro 4 Foro Ritardo [µs]

[mm] [mm] Polverizzatore MINISAC UNI 188 094 - k=0-220 cc/30 1 2 3 4 5 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 Foro 1 Foro 2 Foro 3 Foro 4 Foro 5 Penetrazione Penetrazione 200 600 1000 1400 1800 2200

23 [mm] [mm] Polverizzatore MINISAC UNI k=0-220 cc/ Foro 1 Foro 2 Foro 3 Foro 4 Foro 5 Penetrazione Penetrazione Q=34[mm 3 ] p=140 [MPa] ET=800 [µs] Ritardo [µs] Foro 1 Foro 2 Foro 3 Foro 4 Foro 5 Q=9[mm 3 ] p=40 [MPa] ET1=200 [µs] ET2=500 [µs]

24 Caratterizzazione granulometrica e velocimetrica. PDPA Laser Technique (AEROMETRICS)

25 Allestimento del banco di analisi spray Ottimizzazione della tecnica - PDPA presso il Politecnico di Bari Apparato di iniezione - Iniettore Fiat 1930 cm³ Apparato di rimozione dei vapori di gasolio Struttura di sostegno di movimentazione Sincronizzazione Acquisizione e risultati

26 Banco di analisi spray e ottimizzazione della tecnica di analisi - PDPA

27 [m/s] Verifica delle possibilità di utilizzo dell analisi PDPA Velocità assiale massima Posizione radiale [mm] 750 [rpm]; Pos. Accel. = 25% 750 [rpm]; Pos. Accel. = 70% 750 [rpm]; Pos. Accel. = 100% Liv. Ass.=50 [mm]

28 Particles/cc Verifica delle possibilità di utilizzo dell analisi PDPA Number Density Coordinata radiale [mm] 750 [rpm]; Pos. Accel. = 25% 750 [rpm]; Pos. Accel. = 70% 750 [rpm]; Pos. Accel. = 100% Liv. Ass.=25 [mm]

29 mm [µm] Verifica delle possibilità di utilizzo dell analisi PDPA Sauter Mean Diameter Coordinata radiale [mm] 500 [rpm]; Pos. Accel. = 25% Liv. Ass. = 25 [mm] 500 [rpm]; Pos. Accel. = 70% 500 [rpm]; Pos. Accel. = 100%

30 [m/s] Verifica delle possibilità di utilizzo dell analisi PDPA VELOCITA' ASSIALE n = 500 [rpm] Pos. Accel.= 75% Liv. Ass.=25 [mm] Pos. Rad. = +3 [mm] Tempo [µs]

31 CONCLUSIONI Si sono individuate le caratteristiche dello spray e la loro dipendenza dalle condizioni di alimentazione Le asimmetrie degli iniettori multiforo sono fondamentalmente di origine dinamica La tecnica PDPA non centra lo scopo in presenza di spray densi, ma consente una valutazione accettabile con pressioni di alimentazione basse

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